21.3衛(wèi)星通信和光纖通信第二十一章

電磁波及其應用人教版2024版物理九年級全冊21.3衛(wèi)星通信和光纖通信教案一、教學目標（一）知識與技能目標學生能夠精準闡述衛(wèi)星通信和光纖通信的基本概念、系統組成及工作原理，詳細說明衛(wèi)星通信中通信衛(wèi)星的作用、運行軌道，以及光纖通信中光信號的產生、傳輸和接收過程。熟練掌握衛(wèi)星通信和光纖通信的特點，包括通信容量、傳輸距離、抗干擾能力等方面，能夠準確對比兩者的異同點，并舉例說明其在不同場景下的應用。深入了解衛(wèi)星通信和光纖通信技術的發(fā)展歷程、現狀及未來趨勢，知曉相關技術突破對現代通信領域的重大影響。（二）過程與方法目標通過觀察衛(wèi)星通信和光纖通信的示意圖、視頻演示等，有效培養(yǎng)學生的觀察能力和信息獲取能力，提高學生從直觀材料中提煉關鍵知識的水平。在分析兩種通信技術工作原理和特點的過程中，顯著提升學生的邏輯思維能力和綜合分析能力，引導學生學會運用對比、歸納等方法梳理知識。通過小組討論和案例分析，培養(yǎng)學生的合作學習能力和知識應用能力，讓學生能夠運用所學知識解釋實際生活中的通信現象，解決簡單的通信技術問題。（三）情感態(tài)度與價值觀目標充分激發(fā)學生對衛(wèi)星通信和光纖通信技術的探索興趣，引導學生感受現代通信技術的魅力，培養(yǎng)學生對科學技術的熱愛和追求。通過了解我國在衛(wèi)星通信和光纖通信領域取得的成就，如“北斗”衛(wèi)星導航系統、光纖通信網絡的廣泛鋪設，增強學生的民族自豪感和自信心，激發(fā)學生的愛國情懷。在學習過程中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和探索精神，鼓勵學生關注通信技術的發(fā)展前沿，樹立為科技進步貢獻力量的遠大理想。二、教學重難點（一）教學重點深刻理解衛(wèi)星通信和光纖通信的工作原理，掌握通信衛(wèi)星的運行機制和光信號在光纖中的傳輸原理。熟練掌握衛(wèi)星通信和光纖通信的特點及應用場景，能夠準確區(qū)分兩種通信技術在實際生活中的應用實例。了解衛(wèi)星通信和光纖通信技術的發(fā)展現狀及未來趨勢，認識到通信技術對社會發(fā)展的重要推動作用。（二）教學難點理解衛(wèi)星通信中通信衛(wèi)星的軌道布局、信號中繼過程以及多顆衛(wèi)星協同工作的原理，這涉及到天體運動和復雜的信號處理知識。掌握光纖通信中光信號的調制、耦合、傳輸損耗及光信號放大等技術原理，這些內容較為抽象，與光學和電磁學知識緊密相關。能夠運用所學知識分析衛(wèi)星通信和光纖通信在實際應用中面臨的問題及解決方案，如衛(wèi)星通信的信號延遲、光纖通信的鋪設成本等問題。三、教學方法講授法：系統講解衛(wèi)星通信和光纖通信的基本概念、原理、特點等核心知識，構建清晰的知識框架，確保學生掌握理論基礎。演示法：利用多媒體課件、動畫、視頻等資源，直觀展示衛(wèi)星通信的衛(wèi)星軌道運行、信號傳輸過程，以及光纖通信中光信號在光纖內的傳播路徑，幫助學生理解抽象知識。討論法：組織學生分組討論衛(wèi)星通信和光纖通信的優(yōu)缺點、應用場景的選擇，以及未來發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)等話題，促進學生思維碰撞，培養(yǎng)學生的批判性思維和創(chuàng)新能力。案例分析法：引入實際案例，如國際衛(wèi)星電話通信、海底光纖電纜工程等，引導學生運用所學知識進行分析，提高學生解決實際問題的能力。對比教學法：對比衛(wèi)星通信和光纖通信的系統組成、工作原理、技術特點等方面，加深學生對兩種通信技術的理解和記憶。四、教學過程（一）導入新課（5分鐘）情境創(chuàng)設：播放一段精彩的國際新聞直播畫面，主持人介紹新聞現場通過衛(wèi)星通信將畫面實時傳輸到全球各地，同時展示城市中鋪設光纖實現高速網絡覆蓋的場景。提問學生：“新聞畫面是如何跨越千山萬水快速傳遞到我們眼前的？我們日常使用的高速網絡背后又隱藏著怎樣的通信技術？”引發(fā)學生的思考和討論，激發(fā)學生的學習興趣。知識關聯：回顧之前學過的廣播、電視和移動通信知識，提問學生：“這些通信方式在遠距離、大容量信息傳輸方面存在哪些局限？”引導學生認識到隨著社會發(fā)展對通信技術的更高需求，進而引出本節(jié)課的內容——衛(wèi)星通信和光纖通信。（二）新課教學衛(wèi)星通信（20分鐘）系統組成與工作原理講解：通過多媒體課件展示衛(wèi)星通信系統的組成，包括通信衛(wèi)星、地面站等。詳細講解通信衛(wèi)星的作用，它就像太空中的“微波中繼站”，接收來自地面站的信號，經過放大、變頻等處理后，再轉發(fā)到其他地面站。以動畫形式演示通信衛(wèi)星在地球同步軌道上的運行情況，解釋為什么選擇地球同步軌道可以實現穩(wěn)定的通信覆蓋。同時，介紹衛(wèi)星通信的多址技術，如頻分多址、時分多址等，讓學生理解多顆衛(wèi)星如何協同工作實現全球通信。特點與應用分析：引導學生分析衛(wèi)星通信的特點，如通信距離遠、覆蓋范圍廣、不受地理環(huán)境限制等，同時也指出衛(wèi)星通信存在信號延遲、通信成本較高等不足。結合實際案例，如偏遠山區(qū)的電視信號接收、海上船只的通信、“北斗”衛(wèi)星導航系統等，說明衛(wèi)星通信在不同領域的重要應用，讓學生體會衛(wèi)星通信的實用性。發(fā)展歷程與趨勢介紹：簡要介紹衛(wèi)星通信的發(fā)展歷程，從早期的試驗衛(wèi)星到如今功能強大的通信衛(wèi)星系統。展示我國在衛(wèi)星通信領域取得的成就，如“東方紅”系列衛(wèi)星、“北斗”衛(wèi)星導航系統的建設和應用。探討衛(wèi)星通信的未來發(fā)展趨勢，如高通量衛(wèi)星的應用、衛(wèi)星互聯網的建設等，拓寬學生的科技視野。光纖通信（20分鐘）工作原理演示：利用動畫和視頻演示光纖通信的工作過程，從光信號的產生（如激光器發(fā)出激光）、通過調制器將電信號加載到光信號上，到光信號在光纖中通過全反射進行傳輸，最后在接收端通過光探測器將光信號轉換為電信號并解調還原信息。結合光路示意圖，詳細講解光纖的結構，包括纖芯、包層等部分，以及全反射原理在光纖傳輸中的應用，幫助學生理解光信號在光纖中穩(wěn)定傳輸的奧秘。技術特點講解：組織學生討論光纖通信的特點，如通信容量大（一根光纖可同時傳輸成千上萬路電話和電視信號）、傳輸損耗低、抗干擾能力強、保密性好等。通過與傳統通信方式對比，如電纜通信，讓學生更直觀地感受光纖通信的優(yōu)勢。同時，也提及光纖通信在鋪設成本、施工難度等方面存在的問題。應用實例分享：分享光纖通信在實際生活中的廣泛應用，如互聯網骨干網、FTTH（光纖到戶）實現家庭高速寬帶上網、光纖在醫(yī)療領域用于內窺鏡圖像傳輸等。展示一些光纖通信工程的圖片和視頻，如超長距離的海底光纖電纜連接各大洲，讓學生了解光纖通信對現代社會信息傳輸的重要支撐作用。對比與拓展（10分鐘）對比總結：引導學生對衛(wèi)星通信和光纖通信進行全面對比，從系統組成、工作原理、技術特點、應用場景等方面進行梳理，填寫對比表格，加深學生對兩種通信技術的理解和記憶。例如，在通信距離上，衛(wèi)星通信可實現全球覆蓋，光纖通信適合陸地長距離和短距離的局域通信；在傳輸速度上，光纖通信目前在短距離內具有高速優(yōu)勢，衛(wèi)星通信存在一定信號延遲等。拓展討論：提出問題，如“在偏遠山區(qū)和海洋上，為什么衛(wèi)星通信更具優(yōu)勢？而在城市的互聯網通信中，光纖通信又為何成為主流？”“未來衛(wèi)星通信和光纖通信是否可以相互融合，發(fā)揮更大的作用？”組織學生進行小組討論，鼓勵學生發(fā)表自己的觀點，培養(yǎng)學生運用知識分析實際問題的能力和創(chuàng)新思維。（三）課堂小結（5分鐘）知識梳理：與學生一起回顧本節(jié)課的主要內容，通過思維導圖的形式在黑板上呈現衛(wèi)星通信和光纖通信的系統組成、工作原理、特點及應用等知識要點，幫助學生構建完整的知識體系。重點強調：再次強調衛(wèi)星通信和光纖通信的核心工作原理，兩種通信技術的特點及應用場景的差異，以及它們在現代通信領域的重要地位，加深學生對重點內容的理解和記憶。（四）課堂練習（10分鐘）基礎練習：填空題：衛(wèi)星通信中通信衛(wèi)星的作用相當于______；光纖通信是利用______在光纖中通過______原理進行信息傳輸。選擇題：下列關于衛(wèi)星通信和光纖通信的說法，正確的是（

）A.衛(wèi)星通信信號延遲小，光纖通信信號延遲大B.衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣，光纖通信適合短距離局域通信C.衛(wèi)星通信抗干擾能力強，光纖通信抗干擾能力弱D.衛(wèi)星通信成本低，光纖通信成本高綜合分析題：給出一個實際情境，如“某跨國公司需要建立全球范圍內的高速通信網絡，同時在公司總部和各分支機構之間實現高速、穩(wěn)定的內部通信。請分析該公司應如何結合衛(wèi)星通信和光纖通信技術來滿足需求，并說明原因?！弊寣W生運用所學知識進行分析解答，培養(yǎng)學生綜合運用知識解決實際問題的能力。（五）布置作業(yè)（5分鐘）書面作業(yè)：完成課本課后與衛(wèi)星通信和光纖通信相關的練習題，鞏固課堂所學知識，加深對通信技術原理和特點的理解。實踐作業(yè)：讓學生查閱資料，了解我國在衛(wèi)星通信和光纖通信領域的最新科研成果和應用案例，寫一篇不少于500字的科技小報告，下節(jié)課進行分享交流，培養(yǎng)學生自主學習和信息收集處理的能力。這份教案圍繞衛(wèi)星通信和光纖通信的教學需求設計。若你對教學環(huán)節(jié)時長、案例選擇、知識拓展深度等方面有新想法，歡迎隨時和我交流，我會進一步完善。5課堂檢測4新知講解6變式訓練7中考考法8小結梳理學習目錄1復習引入2新知講解3典例講解講五分鐘的故事和放映五分鐘的電影，兩者所傳遞的信息量是不一樣的，五分鐘的語言只能簡單描述人的相貌、衣著和事件的梗概；而五分鐘的電影，除此之外還能展現故事地點的山川和天氣、人物衣服的質地和顏色、主人公的容貌和嗓音等許許多多細節(jié)。因此，電視廣播與聲音廣播相比，在相同時間內要傳送更多的信息。信息理論表明：作為載體的電磁波，頻率越高，相同時間內傳輸的信息就越多。

先將信號加載在電磁波上，再把載有信號的電磁波發(fā)射出去，（類似于把信件綁到鴿子身上，放飛鴿子）從到達接收處的電磁波中把信號檢出來。（類似于鴿子攜帶信件飛到目的地，從鴿子身上取下信件并讀取）知識點1無線電廣播信號的發(fā)射和接收點擊觀看電磁波的發(fā)射和接收拓展性實驗：電磁波的發(fā)射與接收

點擊圖片播放實驗視頻1.廣播電臺通過

將信息傳播給千家萬戶。某收音機的面板上有“AM”和“FM”兩個波段(如下圖所示)，其中波長較長的是

波段。

電磁波AM電磁波的頻率與波長成反比發(fā)射：（由_____完成）電視臺接收：（由_______完成）電視機知識點2電視的發(fā)射與接收2.各地高高聳立的電視塔是地標性建筑，電視塔上天線的作用是（）A．讓聲音、圖像信號轉化為電信號B．讓聲音、圖像信號加載到高頻電流上C．讓音頻、視頻電信號加載到高頻電流上D．讓載有音頻、視頻信號的高頻電流產生電磁波D

移動電話機由_______來傳遞聲音，它既是_____________又是___________。電磁波無線電發(fā)射臺接收臺

移動電話靠__________(較大的固定無線電臺）使在不同地方的人可以互相通話基地臺設立基地臺的原因：a:手機體積小，發(fā)射功率不大；b:天線簡單，靈敏度不高。知識點3移動電話工作區(qū)域在幾十米至幾百米的范圍。座機接在市話網上，相當于小型基地臺。無繩電話艦載衛(wèi)星通訊系統

車載數字新聞通訊車3.近年來在我們的生活中，4G手機通信業(yè)務已經逐漸推廣，使用4G手機不僅通話信號好，而且在使用無線網絡上網時效果更佳。下列說法正確的是（）A．電磁波和聲波在空氣中的傳播速度都是3×108km/sB．電磁波和聲波都是由物體振動產生的C．手機無線上網是利用電磁波傳輸信息的D．電磁波能傳遞能量，聲波不能傳遞能量C聲波在空氣中的傳播速度是340m/s電磁波是由迅速變化的電流產生的1.激光的特點與應用（1）激光束的平行度特別好，在傳播很遠的距離后仍能保持一定的強度。①激光測距：激光的這個特點使它可以用來進行精確的測距。對準目標發(fā)出一個極短的激光脈沖，測量發(fā)射脈沖和收到反射脈沖的時間間隔，就可以求出目標的距離。激光測距雷達就是根據這個原理制成的。②讀出光盤上記錄的信息：由于平行度好，激光可以會聚到很小的一點上。讓這一點照射到光盤上，就可以讀出光盤上記錄的信息，經過處理后還原成聲音和圖像。由于會聚點很小，光盤記錄信息的密度很高。五、《科學世界》——激光的應用（2）激光的亮度高激光還有一個特點是亮度高，也就是說它可以在很小的空間和很短的時間內集中很大的能量。如果把強大的激光束會聚起來照射到物體上，可以使物體的被照部分迅速上升到極高的溫度，最難熔化的物質在這一瞬間也要汽化了。因此，我們可以利用激光束來切割各種物質、焊接金屬以及在硬質材料上打孔。醫(yī)學上可以用激光做“光刀”來切開皮膚、切除腫瘤，還可以用激光“焊接”脫落的視網膜。強激光可以在瞬間破壞敵人的飛行器，在軍事上有廣泛的應用。五、《科學世界》——激光的應用2.想想議議閱讀了以上這段“科學世界”和前面的“光纖通信”后，討論下面幾個問題。（1）激光有哪些不同于其他光的特點？文中所說激光的應用分別利用它的哪個特點？（2）除了文中介紹的應用外，你還聽說在什么地方用到了激光？五、《科學世界》——激光的應用1.

微波通信需要中繼站，原因是(

)CA.

微波信號衰減特別快B.

微波信號傳播速度慢C.

微波大致沿直線傳播，不能沿地球表面繞射D.

微波信號容易被干擾，信號容易丟失返回2.

下列關于地球同步通信衛(wèi)星的判斷中正確的是(

)AA.

同步衛(wèi)星的轉動周期和地球自轉周期相同，相對于地面是靜止的B.

同步衛(wèi)星在空中靜止不動C.

同步衛(wèi)星每天繞地球運轉一周D.

同步衛(wèi)星作為微波通信的中繼站，地球上空至少要4顆才能將信號覆蓋全球返回3.

光纖通信就是利用光波在光導纖維中傳輸信息的一種通信方式，光導纖維是一種由玻璃制成的纖維，其應用前景非常廣闊。下列關于光纖通信的說法正確的是(

)B

返回4.在一個無色大塑料瓶的側壁靠底部的位置鉆一個小孔，用膠帶粘住小孔，在瓶中裝滿水，在瓶的另一側放一只激光電筒，調節(jié)光束的方向，讓光束正好能射中對側的小孔（如圖所示）。揭下膠帶，讓水流到下面的盆里，你會看到光束隨彎曲的水流照到盆底，在盆底形成一個光斑。（第